فرونشست زمین چیست؟ (Land subsidence) – شرکت عمرانی و مهندسی ایستاسازه

1401-11-20

پدیده فرونشست زمین چیست ؟ شرکت ایستاسازه

بنابر تعریف یونسکو، پدیده فرونشست عبارت است از فروریزش و یا نشست سطح زمین که به علت های متفـاوتی در مقیاس بزرگ روی می دهد.

به طور معمول اصطلاح فرونشست، به حرکت قائم رو به پایین سطح زمین کـه مـی تواند با بردار اندک افقی همراه باشد، گفته می شود. این تعریـف پدیـده هـایی همچـون زمـین لغـزش هـا را به دلیل اینکه حرکت آنها دارای بردار افقی قابل تـوجهی اسـت و همچنـین نشـست در خاک هـای دسـتی کـه دارای مکانیسم متفاوتی می باشد شامل نمی شود. این تعریف شامل پدیده هایی مثل نشست در خاک های دستی و یا مواردی مثل زمین لغزش ها (دارای حرکت افقی) نخواهد شد. پدیده فرونشست یکی از پدیده هایی است که می تواند هم به صورت طبیعی و هم در اثر فعالیت های انسانی رخ دهد.

حدود 3 درصد از فرونشست یا نشست زمین در دنیا دارای نرخ بیشتر از 20 سانتی‌متر در سال است و در ایران، این عدد حدود 16 درصد و بیش از 5 برابر متوسط جهانی است. طبق گزارش سازمان نقشه برداری کشور که در اختیار مسئولان کشور نیز قرار گرفته است، نرخ‌های 11 تا 20 سانتی متر در سال حدود 35 درصد مناطق ایران را در برمی‌گیرد.

پدیده فرونشست ممکن است به صورت نشست تدریجی یا ناگهانی سطح زمین و به هر دو علت طبیعی یا در اثر فعالیت بشر ایجاد شود. فرونشست سطح زمین نیروی قابل توجهی است که در بسیاری از نواحی تحمیل می شود و در صورت گسترش به ساختارهای زیربنایی موجود خسارت وارد می کند.

فرونشست می تواند آسیب جدی به واحدهای صنعتی و منازل مسکونی وارد کند. شماری از خسارت های ناشی از وقایع فرونشستی در ایران، در نواحی مستعد این پدیده حاصل می شود. این گونه مناطق باید از پتانسیل بروز فرونشست زمین آگاهی داشته باشند و نمایان سازی وضعیت و مقابله با آن به منظور حفاظت و امنیت صورت گیرد.

نشانه اولیه فرونشست زمین به عنوان یکی از مخاطرات طبیعی همیشه قبل از وقوع ریزش مشاهده نمی گردد. به این دلیل تشخیص و نمایان سازی نواحی که به دلیل خطرپذیری و به مخاطره انداختن زندگی، مستعد فرونشست هستند ضروری به نظر می رسد.

خسارت های پدیده فرونشست زمین

تغییر ناهمسان در ارتفاع و شیب رودخانه ها و آبراهه ها و سازه های انتقال آب، شکست و یا بیرون زدگی لوله جدار چاه ها در نتیجه تنش های تراکمی ناشی از تراکم آبخوان ها (ایجاد اختلال در بهره برداری از منابع آب زیرزمینی و ماسه دهی چاه ها)، پیشروی امواج در مناطق پست ساحلی، کاهش برگشت ناپذیر تمام یا بخشی از مخزن آب زیرزمینی در نتیجه از بین رفتن یا کاهش تخلخل مفید نهشته ها، کاهش بازدهی یا ایجاد تخریب در شریان های حیاتی و سازه های مهم و کاهش میزان نفوذپذیری سطحی و پیرو آن گسترش پهنه های بیابانی و تغییر در توپوگرافی و توسعه دشت سیلابی از جمله آسیب های فرو نشست زمین است.

مناطق شهرى به دلیل تراکم جمعیت، ساختمان ها و شریان هاى حیاتى به طور ویژه آسیب پذیرتر مى باشند. پدیده فرونشست زمین مى تواند به خیابان ها، پل ها و بزرگراه ها آسیب زده، خطوط آبرسانى، گاز و فاضلاب را مختل کرده، به پى ساختمان ها آسیب رسانده، موجب ترک در آنها گردد.

در این حالت سازه هایى که وسعت زیادتر و ارتفاع بیشترى دارند آسیب پذیرترند. به عنوان نمونه خطوط راه آهن، سدهاى خاکى، تصفیه خانه ها و کانال ها ازآسیب پذیرى زیادترى برخوردار هستند. به طور کلى هر سازه اى که در مسیر شکل گیرى شکاف یا فروچاله (Sinkhole) واقع شده باشد، در معرض آسیب بیشترى قرار دارد. پدیده فرونشست با ایجاد تغییر در وضعیت توپوگرافى منطقه مى تواند سبب بروز تغییرات چشمگیرى در هیدرولوژى منطقه شود.

به عنوان مثال در این مناطق ممکن است‌ سیلاب هاى عظیم و مخربى به وقوع بپیوندد در حالى که قبل از ایجاد فرونشست زمین از هیچ سابقه اى بر خوردار نبوده است. از سوى دیگر این پدیده مى تواند با ایجاد تغییر در وضعیت زمین آبشناختى منطقه از قبیل جهت و سرعت جریان آب زیر زمینى، بیلان آب زیر زمینى و غیره نتیجه هاى ناهنجار بیشترى در پى داشته باشد.

علت های ایجاد فرونشست

در شکل زیر عوامل ایجاد فرونشست قابل مشاهده است.

تغییر کاربری زمین، احداث و یا بارگذاری سازه های مهندسی، زهکشی خاک های آلی و نفوذ آب شور در امتداد سواحل نیز از جمله عوامل دیگری هستند که می توانند در ایجاد پدیده فرونشست موثر باشند. شرایطی همچون فرآیندهای تکتونیکی رخداده در منطقه، بارندگی، وجود عوارض توپوگرافی، نفوذ ریزش ها و یا رواناب های اسیدی، انحلال تشکیلات سطحی و وجود لایه های نامقاوم در تشکیلات رسوبی زیرین، منجر به توسعه پدیده های فرونشستی در کشور شده اند.

از میان عوامل تشکیل فرونشست زمین در ایران، کارستی شدن علاوه بر ایجاد خطرات طبیعی، مشکلات پیچیده ای در عملکرد مهندسی و همچنین ارتباطات ایجاد می کند. کارست ها از جمله موارد مهمی هستند که باید در احداث سازه های مهندسی – به خصوص احداث سد و تونل – در این نوع تشکیلات مد نظر قرار گیرد. افزایش شدت در به وجود آمدن تشکیلات کارستی در نواحی مستعد مربوطه، حفرات و چاله های کارستی را در بخش هایی از سازه های احداث شده به وجود آورده است که در صورت ریزش کارست، منجر به فرونشست زمین در آن مناطق می گردد.

فرونشست زمین به عنوان یکی از پیامدهای کارستی شدن ممکن است به صورت فرونشست ناگهانی و یا نشست های تدریجی در زمین بروز کند. علاوه بر خطرات ناشی از ریزش سنگ ها و تاثیر آن بر سازه های مهندسی، نشت آب از مخازن سدها و یا تجمع آب های زیرزمینی و فشار ناشی از آنها بر دیواره داخلی تونل های زیرزمینی، از دیگر خطرات عمده ای هستند که در طراحی و عملیات اجرایی این سازه ها نمی توان نادیده گرفت.

هر چند که آبخوان های کارستی از آبخوان های با کیفیت خوب محسوب می گردند، با این حال آلودگی سریع منابع آب زیرزمینی در نواحی کارستی، از جمله مشکلاتی است که پروژه های عمرانی ساخته شده در نواحی کارستی را تهدید می کند. همچنین تشدید وقوع زمین لغزش ها و سیلاب ها نیز از خطرات طبیعی. مرتبط با وجود کارست ها محسوب می شوند.

فرونشست ها و پیامدهاى ناخوشایند آن، متاسفانه طبیعتی بازگشت ناپذیر دارند و به سختى مى توان آنها را کند و مهار نمود. شالوده هر پروژه ملى براى رویارویى با خطر فرونشست زمین بر سه اصل پیش بینى، تشخیص و پایش (Monitoring) استوار است که مدیریت درست منابع آب، کاهش بهره برداری از منابع آب زیر زمینی نقش کلیدى در جلوگیرى از رخداد این پدیده دارد.

فرآیند پیش بینى و تشخیص بر پایه داده هاى حاصل از چاه پیمایى، آزمون هاى ژئوفیزیکى و داده هاى زمین شناسى مهندسى و ژئوتکنیکى براى پیش بینى و اندازه گیرى میزان نشست خاک و تخلخل مفید و پتانسیل تراکم پذیرى آن مى باشد. از سوى دیگر همان گونه که بیان گردید پایش، مکان یابى و اندازه گیرى میزان فرونشست مى تواند با روش هاى نوین نقشه بردارى و دورسنجى انجام پذیرد.

مناطقی که هم اکنون در شرایط بحرانی ایجاد فروچاله ها و فرونشست ها قرار دارند شامل دشت کبودر آهنگ همدان، ورامین، نظرآباد، دشت تهران، دشت مشهد و نیشابور، دشت‌های استان کرمان، اصفهان و قزوین می‌باشند. به عنوان راهکار دراز مدت بر مبنای تجربه سایر کشورها چاره ای جز اصلاح روش های مدیریت منابع آب وجود ندارد و تا زمان باقی است باید به سوی آن حرکت کرد.

اما تا آن هنگام و به عنوان راهکار فوری و اضطراری، دست کم می توان به جلوگیری از ادامه فعالیت استفاده کنندگان غیر مجاز و چاه های حفر شده به این طریق (که در بسیاری موارد تعداد آنها از چاه های مجاز بیشتر است) مبادرت ورزید. در غیر این صورت و با روند موجود ضمن از دست دادن بخش عظیمی از منابع آب برای همیشه، پدیده هایی نظیر فروچاله ها و فرونشست های ناحیه ای با ابعاد نامعلوم و با آسیب های جبران ناپذیر ، باز هم به وقوع خواهد پیوست.